Projekty krajowe

Na podstawie analizy stanu wiedzy w aspekcie zapotrzebowania rynkowego na wykonywanie pomiarów promieniowania nadfioletowego, dostępnej w tym zakresie aparatury pomiarowej oraz najnowszych trendów w rozwoju detektorów do pomiaru promieniowania UV i metod ich kalibracji nie znaleziono żadnych doniesień literaturowych odnośnie do wykorzystania smartfona z odpowiednią aplikacją do celów oceny zagrożenia pracowników tym promieniowaniem na stanowiskach pracy. Istnieją jedynie informacje o aplikacjach na smartfony, które służą tylko informowaniu opinii publicznej o aktualnych poziomach promieniowania UV w określonym rejonie przez przesłanie odpowiedniego komunikatu. Natomiast zapoznano się z kilkoma opisami badań porównawczych wykonanych aparaturą konsumencką oraz techniczną, które wskazały na znaczne rozbieżności w wynikach pomiarów, co ma znaczący wpływ na zapewnianie dokładności pomiarów, a tym samym oceny zagrożenia zdrowia pracowników. Oznacza to w praktyce, że skonstruowanie dobrego miernika nie jest łatwym zadaniem. Ponadto, po opracowaniu i skonstruowaniu głowicy pomiarowej UV należy ją prawidłowo wykalibrować. Niewątpliwie jest to trudny do wykonania proces, który wymaga wiedzy i specjalistycznego sprzętu, w tym źródeł wzorcowych.

Opracowanie założeń technicznych sytemu do pomiaru promieniowania UV wymagało dokonania analizy dostępnych półprzewodnikowych detektorów promieniowania nadfioletowego, którą oparto na 2 wiodących światowych producentach – Thorlabs oraz Hamamatsu. W celu oszacowania zakresu pomiarowego promieniowania nadfioletowego na stanowiskach pracy dokonano analizy wyników pomiarów reprezentatywnych źródeł UV. W opracowanym algorytmie obliczeniowym aplikacji mobilnej do oceny zagrożenia pracowników promieniowaniem nadfioletowym na stanowiskach pracy uwzględniono specyfikę wykonywania tych pomiarów oraz niezbędne obliczenia, mające na celu wyznaczenie poziomu ekspozycji i przypisanie mu odpowiedniego poziomu ryzyka w skali trójstopniowej.

Na tej podstawie został opracowany i wykonany model detektora i mobilnej aplikacji, która umożliwia ocenę zagrożenia promieniowaniem z zakresu UV skorygowanego do krzywej S(λ) oraz UV-A – zgodnie z wymaganiami aktualnego Rozporządzenia MPiPS. Elementami detekcyjnymi w zaprojektowanym układzie pomiarowym są 2 fotodiody: w torze pomiarowym UV – wykonana z GaAsP, typ G1116 firmy HAMAMATSU, a w torze pomiarowym UV-A – wykonana z węgliku krzemu (SiC), typ SG01L-18 firmy SGLUX The UV Experts. Model detektora jest zasilany z modułu zasilającego (akumulatorki AA enelop PRO firmy Panasonic) o napięciu 6 V i pojemności 2500 mAh, co zapewnia bardzo długi czas pracy urządzenia oraz minimalne rozładowywanie się akumulatorków podczas stanu spoczynku. Za pomocą modułu komunikacji bezprzewodowej Bluetooth Low Energy detektor pomiarowy komunikuje się z urządzeniem mobilnym (smartfonem). Sterowanie detektorami pomiarowymi odbywa się z wykorzystaniem smartfona z zainstalowaną na nim, specjalnie w tym celu opracowaną aplikacją do oceny zagrożenia promieniowaniem UV. Aplikacja umożliwia zapis wyników pomiarów w pamięci smartfona w dedykowanym do konkretnych pomiarów folderze, ustalenie czasu odświeżania (wartość min. 1 s), a także korzystanie z archiwalnych zapisów wyników pomiarów.

W celu zapewnienia poprawności wskazań modelu detektora pomiarowego opracowano system i stanowisko do ich kalibracji. W opracowanym systemie kalibracji zastosowano metodę porównania wskazań modelu detektora ze wskazaniem miernika odniesieniowego, oświetlanych tą samą wiązką promieniowania o znanym rozkładzie widmowym. Na podstawie wyników uzyskanych z kalibracji dokonano oszacowania błędów pomiarowych przez dokonanie oceny niepewności pomiaru promieniowania UV oraz promieniowania UV-A. Dla zakresu pomiarowego UV błąd pomiaru wynosi ± 6,5%, a dla zakresu UV-A ± 7,29%. Są to bardzo zadawalające wyniki, gdyż norma PN-EN 14255-1:2010 dopuszcza 30% dla pomiarów, których wyniki są porównywane z wartościami MDE, a 50% dla pomiarów bezpośrednich.

Poprawność wskazań tego systemu pomiarowego była sprawdzana podczas organizowanych w CIOP-PIB badań porównawczych, w których uczestniczyło 14 laboratoriów. Uzyskane wartości wskaźnika P_Ai stanowiły podstawowe kryterium oceny uczestników. Zgodnie z wymaganiami normy ISO 13528:2022 wynik uczestnika jest akceptowalny, jeśli |P_A| < 100%. Wartość P_A była wyznaczana niezależnie dla każdego zakresu pomiarowego i dla każdego uczestnika.

Zadanie 2.SP.07. Model detektora pomiarowego (na statywie) do oceny zagrożenia promieniowaniem UV wraz z modułem zasilającym

Dokonano również weryfikacji funkcjonalności aplikacji sterującej pomiarami oraz prawidłowości wskazań podczas badań użytkowych z udziałem użytkowników końcowych – pracowników działów BHP w 9 zakładach pracy. W tym przypadku odnoszono wyniki pomiarów uzyskane z mobilnego systemu pomiarowego do wskazań wzorcowanego radiometru ILT 1400 z zestawem odpowiednich sond, który jest częścią wyposażenia Pracowni Promieniowania Optycznego. Na podstawie wniosków z badań użytkowych z udziałem użytkowników końcowych wprowadzono drobne modyfikacje w aplikacji oraz w opracowanym materiale informacyjnym. Efektem wykonanych badań użytkowych była drobna modernizacja funkcjonalności sterowania procesem pomiaru za pomocą ekranu smartfona.

Zarówno wyniki badań porównawczych, jak i porównań z wynikami pomiarów uzyskanymi z radiometru ILT 1400 wskazują na poprawność wskazań mobilnego systemu pomiarowy, a także jego wysoką dokładność pomiarową. Należy pamiętać, że wskazania miernika ILT też są obarczone błędem. Ponadto, powstałe rozbieżności w wynikach pomiarów na rzeczywistych stanowiskach pracy związane są ze stopniem powtarzalności usytuowania detektora pomiarowego, jego ukierunkowania na źródło promieniowania, a podczas spawania związane są z niestabilnym źródłem UV (łuk spawalniczy) czy z trafieniem na maksymalne wartości. W przypadku pomiarów promieniowania UV-A wykonywanych zarówno miernikiem ILT, jak i mobilnym systemem pomiarowym są one dodatkowo obarczone stałym błędem wynikającym z niedopasowania względnej czułości widmowej zestawu: fotodioda GaAsP i filtr optyczny do wymaganej przez rozporządzenie względnej czułości, która powinna mieć kształt zbliżony do prostokąta.

Wyniki zadania przedstawiono w 3 publikacjach naukowych w materiałach informacyjnych zamieszczonych na stronie internetowej CIOP-PIB oraz zaprezentowano na 3 konferencjach krajowych i 2 konferencjach międzynarodowych.

Jednostka: Pracownia Promieniowania Optycznego

Okres realizacji: 01.01.2020 – 31.12.2022